Konturflexibles und werkstoffunabhängiges Lasersiegeln für Folienverpackungen

Bei der Verpackung von Massenbedarfsgütern sowie der Herstellung von technischen Produkten mit folienbasierter Umhüllung steigen mehr und mehr die Anforderungen an Formflexibilität und Dichtheit der Packungsnähte. Das klassische Wärmekontaktsiegeln, aber auch das Ultraschallsiegeln erfordern überwiegend Siegelschichten aus Polyethylen. Diese weisen jedoch gegenüber der Barrierewirkung moderner Verbundfolien begrenzte Dichtheitseigenschaften auf und stehen auch einer Materialreduktion im Folienverbund entgegen. Ferner sind benannte Verfahren stark formatgebunden. Laserverfahren wie das Laserdurchstrahlschweißen können diese Restriktionen überwinden, scheiterten aber an der Notwendigkeit, Strahlungsabsorber in die Folien zu integrieren, da gerade die weitverbreiteten transparenten Folien das Laserlicht nur sehr wenig absorbieren. Dies verteuert die Folien erheblich, macht deren weltweite Verfügbarkeit schwierig und minimiert so die Akzeptanz des Lasers als Siegelwerkzeug. Nicht zuletzt waren hohe Anschaffungskosten ein Kriterium gegen den Einsatz von Lasersystemen.

Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes zwischen dem Fraunhofer IVV, Institutsteil Verarbeitungstechnik und dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen wurde ein neuer technologischer Ansatz zum Laserfügen unter Verwendung einer neuen Generation von Diodenlaserstrahlquellen verfolgt, bei dem die Energie zum Schmelzen und Verbinden der Folie in der Fügezone in einem Bereich kleiner 10 µm eingebracht wird. Mit einer auf charakteristische Absorptionsresonanzen von Verpackungskunststoffen adaptierten Wellenlänge zwischen 1,5 .. 1,9 µm, einer dynamischen örtlichen Lasermodulation und einer prozessoptimierten Strahlformung kann

• erstmals eine Versieglung marktgängiger Verpackungsfolien erreicht werden.
• die Nahtkontur flexibel gestalten werden. die Siegelschichtdicke reduziert werden oder die Siegelschicht sogar entfallen.
• die Energiedeposition, Nahtfestigkeit und Prozessgeschwindigkeit selektiv beeinflusst werden.
• ein im Vergleich zu den Vorteilen preislich konkurrenzfähiges Lasersystem geschaffen werden.

Für die Überprüfung der Technologie wurde ein Demonstrator aufgebaut. Dieser lässt Parametermodifikationen für unterschiedliche Anwendungsbereiche und Materialkombinationen zu und beinhaltet eine Inline-Qualitätsüberwachung. Damit wird eine systematische Erarbeitung der Mechanismen des Lasersiegelns möglich, das Verfahren kann an industriellen Anwendungen überprüft und Industriekunden zugänglich gemacht werden.

Die Technologie zielt auf die Verpackung von Lebensmitteln, Kosmetika, Medikamenten und Medizinprodukten sowie die Herstellung technischer Güter, vorerst im Hochpreissegment. Die Adressaten sind neben den Anwendern die Ausrüsterindustrie und die Anlagenlieferanten. Diese werden dazu beitragen, die Technik auch in andere Bereiche, wie die Kunststoff- und Bautechnik, zu transferieren.